JP2014194954A - Led-base pedestal type lighting structure - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2010年3月3日出願の米国仮特許出願第61/339,516号及び2010年3月3日出願の米国仮特許出願第61/339,515号の利益を主張する。 This application claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 61 / 339,516, filed March 3, 2010, and US Provisional Patent Application No. 61 / 339,515, filed March 3, 2010.
本発明は、固体ランプ及び電球に関し、詳細には、フィラメントベースの光源の放出パターンに類似した全方向性の放出パターンを提供することが可能な発光ダイオード(LED)ベースのランプ及び電球に関する。 The present invention relates to solid state lamps and bulbs, and in particular to light emitting diode (LED) based lamps and bulbs that can provide an omnidirectional emission pattern similar to that of filament-based light sources.
発光ダイオード(LED)は、電気エネルギーを光に変換する固体デバイスであり、通常、逆にドープされた層と層の間に挟まれた1つ又は複数の活性半導体材料層を含む。ドープ層の両端間にバイアスが印加されると、活性層内に正孔及び電子が注入され、正孔と電子は活性層内で再結合して光を生成する。光は、活性層及びLEDのすべての表面から放出される。 Light emitting diodes (LEDs) are solid state devices that convert electrical energy into light and typically include one or more active semiconductor material layers sandwiched between oppositely doped layers. When a bias is applied across the doped layer, holes and electrons are injected into the active layer, and the holes and electrons recombine within the active layer to generate light. Light is emitted from the active layer and all surfaces of the LED.
回路又は他の同様の構成内でLEDチップを使用するには、環境的且つ/又は機械的な保護、色の選択、集光などを提供するために、パッケージ内にLEDチップを密閉することが知られている。LEDパッケージはまた、LEDパッケージを外部回路に電気的に接続する電気リード、コンタクト、又はトレースを含む。図1に示す典型的なLEDパッケージ10内では、単一のLEDチップ12が、はんだづけ又は導電性エポキシによって反射カップ13上に取り付けられる。1つ又は複数のワイア・ボンド11でLEDチップ12のオーミック・コンタクトをリード15A及び/又は15Bに接続し、リード15A及び/又は15Bは、反射カップ13に取り付けることができ、又は反射カップ13と一体化することができる。反射カップには、蛍光体などの波長変換材料を含有できるカプセル材料16を充填することができる。LEDによって第1の波長で放出される光は、蛍光体によって吸収することができ、蛍光体はそれに応じて、第2の波長で光を放出することができる。次いで、アセンブリ全体が透明の保護樹脂14内にカプセル化され、保護樹脂14は、LEDチップ12から放出される光を平行にするように、レンズの形状に成型することができる。反射カップ13は光を上方向に誘導することができるが、光が反射されると光損失が生じることがある(すなわち、実際の反射器表面の反射率が100%より小さいため、一部の光が反射器カップによって吸収されることがある)。さらに、リード15A、15Bを通じて熱を取り去るのは困難であることがあるため、図1に示すパッケージ10などのパッケージにとっては、熱の滞留が問題になることがある。
To use an LED chip within a circuit or other similar configuration, the LED chip may be sealed in a package to provide environmental and / or mechanical protection, color selection, light collection, and the like. Are known. The LED package also includes electrical leads, contacts, or traces that electrically connect the LED package to external circuitry. In the
図2に示す従来のLEDパッケージ20は、より多くの熱を生成しうる高出力の動作により適しているであろう。LEDパッケージ20内では、1つ又は複数のLEDチップ22が、プリント回路基板(PCB)キャリアなどのキャリア、基板、又はサブマウント23上へ取り付けられる。サブマウント23上に取り付けられた金属反射器24は、LEDチップ(複数可)22を取り囲み、LEDチップ22によって放出される光をパッケージ20から離すように反射する。反射器24はまた、LEDチップ22に対する機械的な保護を提供する。LEDチップ22上のオーミック・コンタクトとサブマウント23上の電気トレース25A、25Bとの間には、1つ又は複数のワイア・ボンド接続11が形成される。次いで、取り付けられたLEDチップ22は、カプセル剤26で覆われる。カプセル剤26は、チップに対する環境的且つ機械的な保護を提供しながら、レンズとしても作用することができる。金属反射器24は通常、はんだ又はエポキシ・ボンドによってキャリアに取り付けられる。
The
図2のLEDパッケージ20内に見られるようなLEDチップは、1つ又は複数の蛍光体を含む変換材料によって被覆することができ、これらの蛍光体は、LED光の少なくとも一部を吸収する。LEDチップは、異なる波長の光を放出することができ、したがってLEDからの光と蛍光体からの光との組合せを放出する。LEDチップ(複数可)は、多くの異なる方法を使用して蛍光体で被覆することができ、1つの適した方法は、どちらもChitnisらの「Wafer Level Phosphor Coating Method and Devices Fabricated Utilizing Method」という名称の米国特許出願第11/656,759号及び第11/899,790号に記載されている。別法として、これらのLEDは、電気泳動堆積(EPD)などの他の方法を使用して被覆することができ、適したEPD方法は、Tarsaらの「Close Loop Electrophoretic Deposition of Semiconductor Devices」という名称の米国特許出願第11/473,089号に記載されている。
LED chips, such as those found in the
これらの実施例では、蛍光体材料は、LEDエピタキシャル層上に、又はLEDエピタキシャル層に密接して位置し、場合によっては、LEDを覆う絶縁保護コーティングを含む。これらの構成では、蛍光体材料は、チップの熱をじかに受ける可能性があり、それによって蛍光体材料を加熱する可能性がある。こうした動作温度の上昇は、時間とともに蛍光体材料の劣化を引き起こす可能性がある。また、蛍光体の変換効率の低減及び変換色の変化を引き起こす可能性もある。 In these examples, the phosphor material is located on or in close proximity to the LED epitaxial layer and optionally includes an insulating protective coating over the LED. In these configurations, the phosphor material can be directly subjected to the heat of the chip, thereby heating the phosphor material. Such an increase in operating temperature can cause deterioration of the phosphor material over time. Moreover, there is a possibility that the conversion efficiency of the phosphor is reduced and the conversion color is changed.
LEDなどの固体光源を利用し、変換材料がLEDから分離され、又はLEDに対して離間した位置するランプが開発されてきた。そのような構成は、Tarsaらの「High Output Radial Dispersing Lamp Using a Solid State Light Source」という名称の米国特許第6,350,041号に開示されている。この特許に記載されているランプは、分離器を通じて蛍光体を有する分散器へ光を伝送する固体光源を備えることができる。分散器は、所望のパターンで光を分散させることができ、且つ/又は蛍光体によって光の少なくとも一部を変換することによって光の色を変化させる。いくつかの実施例では、分離器は、光源が室内照明に必要な高い電流を運んでいるときに光源からの熱を分散器へ伝達しないように、分散器から光源を十分に離す。 Lamps have been developed that utilize a solid state light source such as an LED and where the conversion material is separated from the LED or spaced apart from the LED. Such an arrangement is disclosed in US Pat. No. 6,350,041, entitled “High Output Radial Dispersing Lamp Using a Solid State Light Source” by Tarsa et al. The lamp described in this patent can include a solid state light source that transmits light through a separator to a disperser having a phosphor. The disperser can disperse the light in a desired pattern and / or change the color of the light by converting at least a portion of the light by the phosphor. In some embodiments, the separator sufficiently separates the light source from the disperser so that heat from the light source is not transferred to the disperser when the light source is carrying the high current required for room lighting.
広角照明を実現するために、3次元の表面に取り付けられた多数の低輝度LED(たとえば、5mmのLED)を利用するLEDベースの電球が開発されてきた。しかし、これらの設計は、標準的な均一性要件に入る最適化された全方向性の放出を提供しない。これらの電球はまた、多数の相互接続されたLEDを含み、そのため非常に複雑で、高価で、且つ信頼性が低くなる。そのため、これらのLED電球は通常、大部分の照明の目的には実用的でない。 In order to achieve wide-angle illumination, LED-based bulbs have been developed that utilize a number of low-intensity LEDs (eg, 5 mm LEDs) mounted on a three-dimensional surface. However, these designs do not provide an optimized omnidirectional emission that falls within standard uniformity requirements. These bulbs also include a large number of interconnected LEDs, which makes them very complex, expensive and unreliable. As such, these LED bulbs are usually impractical for most lighting purposes.
メサ型の設計を光源に使用する他のLED電球も開発されており、上面上に1つのLEDとメサの側壁上にさらに7つのLEDとを有する(C.Craneによって提供されるGeoBulb(登録商標)−II参照)。しかし、この構成は、全方向性の放出パターンではなく、実質上順方向バイアスのパターンを提供する。この電球用のメサはまた、中空のシェルを含み、そのため放射部からの熱を熱的に放散させる能力を制限する可能性がある。これは、LEDに印加できる駆動電流を制限する可能性がある。この設計もまた、比較的複雑であり、いくつかのLEDを使用しており、低コストのLED電球の大量の製造に適合していない。 Other LED bulbs have also been developed that use a mesa-type design as the light source, with one LED on the top surface and seven more LEDs on the mesa sidewall (GeoBulb® provided by C. Crane). ) -II). However, this configuration provides a substantially forward biased pattern rather than an omnidirectional emission pattern. This bulb mesa also includes a hollow shell, which may limit the ability to thermally dissipate heat from the radiant section. This can limit the drive current that can be applied to the LED. This design is also relatively complex, uses several LEDs and is not suitable for mass production of low cost LED bulbs.
本発明は、全方向性の放出パターンを提供するように構成できる、効率的で、信頼性が高く、且つ費用効果の高いランプ及び電球の様々な実施例を提供する。別の実施例では、ペデスタル上に構成された固体放射部を含むことができ、放射部内の熱の蓄積を制御するために熱管理特徴を有する。これらの実施例はまた、成形された離間した蛍光体を含むことができ、同じく離間した蛍光体内の変換熱の蓄積を制御するために熱管理特徴を有することができる。異なる実施例はまた、ランプ及び電球にとって所望の放出パターンを生成するために拡散器特徴を有することができる。 The present invention provides various embodiments of efficient, reliable and cost-effective lamps and bulbs that can be configured to provide an omnidirectional emission pattern. In another embodiment, a solid radiating section configured on the pedestal can be included and has a thermal management feature to control heat accumulation in the radiating section. These embodiments can also include molded spaced phosphors and can also have thermal management features to control the conversion heat conversion within the spaced phosphors. Different embodiments can also have diffuser features to produce the desired emission pattern for lamps and bulbs.
本発明によるランプの一実施例は、ペデスタルと、ペデスタル上の固体光源とを備える。固体光源に対して離間した成形された蛍光体が構成され、したがって固体光源からの少なくとも一部の光は、離間した蛍光体を通過し、異なる波長の光に変換される。ランプから発する光を全方向性の放出パターンで拡散させるために、拡散器が含まれる。 One embodiment of a lamp according to the invention comprises a pedestal and a solid state light source on the pedestal. A shaped phosphor spaced apart from the solid state light source is constructed so that at least some light from the solid state light source passes through the spaced phosphor and is converted to light of a different wavelength. A diffuser is included to diffuse the light emitted from the lamp in an omnidirectional emission pattern.
本発明によるLEDベースの電球の一実施例は、複数の表面を有する細長いペデスタルを備える。複数のLEDが含まれ、LEDのそれぞれを表面の1つに取り付けることができ、ペデスタルは、LEDから離れるように熱を伝導するための熱伝導性の経路を備える。LEDに対して拡散器が構成され、したがってLEDからの光は拡散器を通過し、拡散器は、LEDの放出パターンを修正して所望の電球放射パターンを生じさせる。 One embodiment of an LED-based bulb according to the present invention comprises an elongated pedestal having a plurality of surfaces. Multiple LEDs are included, each of which can be attached to one of the surfaces, and the pedestal includes a thermally conductive path for conducting heat away from the LEDs. A diffuser is configured for the LED so that the light from the LED passes through the diffuser, which modifies the emission pattern of the LED to produce the desired bulb emission pattern.
本発明による固体ランプの別の実施例は、複数の固体光源を有するペデスタルを備え、ペデスタルは、熱伝導性材料を少なくとも部分的に含む。ヒート・シンク構造が含まれ、ペデスタルはヒート・シンク構造に熱結合される。固体光源からの熱は、ペデスタルを通ってヒート・シンク構造に伝わる。ヒート・シンク構造に熱結合された離間した蛍光体が含まれ、離間した蛍光体からの熱は、ヒート・シンク構造内へ伝わる。 Another embodiment of a solid state lamp according to the invention comprises a pedestal having a plurality of solid state light sources, the pedestal comprising at least part of a thermally conductive material. A heat sink structure is included and the pedestal is thermally coupled to the heat sink structure. Heat from the solid state light source is transferred to the heat sink structure through the pedestal. A spaced phosphor that is thermally coupled to the heat sink structure is included, and heat from the spaced phosphor is transferred into the heat sink structure.
本発明によるLEDベースの電球の別の実施例は、複数のLEDを有するペデスタルを備え、ペデスタルは、熱伝導性材料を少なくとも部分的に含む。ヒート・シンク構造が含まれ、ペデスタルはヒート・シンク構造に熱結合される。LEDに対して離間した蛍光体が構成され、したがってLEDからの少なくとも一部の光は離間した蛍光体を通過し、異なる波長の光に変換される。電球は、LEDからの光と離間した蛍光体からの光とを組み合わせた白色光を放出する。 Another embodiment of an LED-based bulb according to the present invention comprises a pedestal having a plurality of LEDs, the pedestal at least partially including a thermally conductive material. A heat sink structure is included and the pedestal is thermally coupled to the heat sink structure. A phosphor is configured that is spaced from the LED, so that at least some light from the LED passes through the spaced phosphor and is converted to light of a different wavelength. The light bulb emits white light that combines light from the LED and light from the spaced phosphor.
本発明による電球又はランプの光源の一実施例は、複数の固体発光体と、上面を有するペデスタルとを備える。ペデスタルはまた、複数の第1の側面及び複数の第2の側面を有する。第1の側面は、上面に対して90度より大きい角度にすることができ、第2の側面は、上面に対して90度より小さい角度にすることができる。固体光源は、第1の側面及び第2の側面の少なくともいくつかに取り付けられる。 One embodiment of a light source for a light bulb or lamp according to the present invention comprises a plurality of solid state light emitters and a pedestal having an upper surface. The pedestal also has a plurality of first sides and a plurality of second sides. The first side can be at an angle greater than 90 degrees with respect to the top surface, and the second side can be at an angle less than 90 degrees with respect to the top surface. The solid state light source is attached to at least some of the first side and the second side.
本発明の上記及びその他のさらなる特徴及び利点は、以下の詳細な説明から、添付の図面をともに見れば当業者には明らかであろう。 These and other additional features and advantages of the present invention will be apparent to those skilled in the art from the following detailed description, taken together with the accompanying drawings.
本発明は、熱伝導性のペデスタルに取り付けられたLEDチップを提供するランプ構造の様々な実施例を対象とする。これによってLEDランプは、従来の白熱灯電球の発光パターンをモデルとする均一な全方向性の発光パターンに近づくことができる。本発明によるいくつかのLED電球は特に、A電球取替品用のLEDランプとして使用するために適用することができる。本発明による実施例は、固体放射部を取り付けるのに適合した表面を有する特定の成形されたペデスタルから構成され、ペデスタルは、熱伝導性材料から作ることができ、又は放射部から離れるように熱伝導を提供する要素を有することができる。ペデスタルのいくつかの実施例は、複数のLEDベースの放射部を含むことができ、その少なくとも一部は、ペデスタルから離れるように異なる方向に放出する。離間した蛍光体及び拡散器ドームとともに使用されると、LEDの特定の角度及び放出パターンは、それらのランプに全方向性の放出パターンを与えることができる。 The present invention is directed to various embodiments of lamp structures that provide LED chips attached to a thermally conductive pedestal. As a result, the LED lamp can approach a uniform omnidirectional light emission pattern modeled on the light emission pattern of a conventional incandescent lamp bulb. Some LED bulbs according to the present invention are particularly applicable for use as LED lamps for A bulb replacements. Embodiments in accordance with the present invention are constructed from a particular molded pedestal having a surface adapted to mount a solid radiating portion, which can be made from a thermally conductive material or thermally away from the radiating portion. It can have elements that provide conduction. Some examples of pedestals can include multiple LED-based emitters, at least some of which emit in different directions away from the pedestal. When used with spaced phosphors and diffuser domes, the particular angle and emission pattern of the LEDs can give the lamp an omnidirectional emission pattern.
本発明によるいくつかのペデスタルは、ヒート・シンク構造に取り付けることができ、したがって放射部から離れるように伝導される熱はヒート・シンク構造内へ拡散することができ、ヒート・シンク構造内で、周囲に放散することができる。またこの構成により、ペデスタルは、良好な特別な色の均一性を有する成形された離間した蛍光体と容易に組み合わせることができ、離間した蛍光体はまた、ヒート・シンクに取り付けられる。離間した蛍光体は、概ね球形などの多くの異なる形状をとることができ、ペデスタルは、球形の蛍光体内に少なくとも部分的に構成される。これは、ペデスタル及び離間した蛍光体内に近似点光源を提供するその放射部によって、改善されたより著しい色の均一性をもたらす構成を提供する。ペデスタルの放射部から放出された光は、ほぼ同じ角度で蛍光体材料を通過し、ほぼ同じ量の蛍光体を通過する。すなわち、光子がペデスタルの放射部から蛍光体を通る光路はほぼ同じであり、LED電球により著しい放出色の均一性を与える。 Some pedestals according to the present invention can be attached to a heat sink structure, so that the heat conducted away from the radiating part can diffuse into the heat sink structure, Can be dissipated to the surroundings. This configuration also allows the pedestal to be easily combined with molded spaced phosphors with good special color uniformity, and the spaced phosphors are also attached to the heat sink. The spaced phosphors can take many different shapes, such as generally spherical, and the pedestal is at least partially constructed within the spherical phosphor. This provides a configuration that provides improved and more pronounced color uniformity due to its radiating portion providing an approximate point light source within the pedestal and spaced phosphors. The light emitted from the pedestal's emitting part passes through the phosphor material at approximately the same angle and passes through approximately the same amount of phosphor. That is, the optical path through which the photons pass from the pedestal emitter through the phosphor is substantially the same, giving the LED bulb a significant emission color uniformity.
この近似点源の構成はまた、異なる視野角でより均一な放出を実現し、そのため実施例のいくつかは、標準的な白熱ベースの光源を交換するのに特に適用することができる。以下にさらに論じるように、離間した蛍光体の構成はまた、改善された熱管理のため、より高い光子変換効率を有することを特徴とすることができる。 This approximate point source configuration also achieves more uniform emission at different viewing angles, so some of the embodiments can be particularly applied to replacing standard incandescent based light sources. As discussed further below, the spaced phosphor configuration can also be characterized as having a higher photon conversion efficiency for improved thermal management.
ペデスタル上には、LED、LEDチップ、又は他のLEDパッケージ/構成要素(「LEDチップ」)などの異なる固体放射部を含むことができる。いくつかの実施例では、ペデスタルは、白色光を放出するランプ内で利用することができ、ランプは、ペデスタル上のLEDからの光と離間した蛍光体内の1つ又は複数の蛍光体からの光とを組み合わせた白色光を放出する。いくつかの実施例では、ペデスタルは、青色を放出するLEDチップを備えることができ、成形された離間した蛍光体は、青色光を吸収して黄色光を放出する蛍光体材料を含むことができる。動作中、青色LEDチップ光の一部分は離間した蛍光体を通過し、残りの部分は黄色蛍光体によって吸収されて黄色光又は緑色光として再放出され、これらのランプは、青色LED光と蛍光体光とを組み合わせた白色光を放出する。本発明によるランプはまた、異なる色の光を放出する異なるLED及び変換材料を含むことができ、光を吸収して異なる色の光を再放出し、したがってランプは、色温度及び演色性などの所望の特性を有する光を放出する。 On the pedestal, different solid-state emitters such as LEDs, LED chips, or other LED packages / components (“LED chips”) can be included. In some embodiments, the pedestal can be utilized in a lamp that emits white light, where the lamp is light from one or more phosphors in the phosphor that are spaced apart from light from the LEDs on the pedestal. And emits white light. In some examples, the pedestal can comprise an LED chip that emits blue, and the shaped and spaced phosphor can include a phosphor material that absorbs blue light and emits yellow light. . In operation, part of the blue LED chip light passes through the spaced phosphors and the remaining part is absorbed by the yellow phosphor and re-emitted as yellow or green light, these lamps are blue LED light and phosphor It emits white light combined with light. The lamp according to the invention can also include different LEDs and conversion materials that emit different colors of light, which absorb light and re-emit different colors of light, so that the lamp can be used for color temperature and color rendering, etc. Emits light with the desired properties.
本発明によるランプは、より少ない構成要素を有することができ、より容易且つ安価に製造することができる。たとえば、離間した蛍光体を有することによって、ペデスタル上のLEDチップをLEDチップからの熱が蛍光体を劣化させる危険なく、より高い駆動電流で駆動することができる。したがって、所望のランプの光束を実現するのに必要とされるLEDチップはより少ない。ペデスタルはまた、複数の放射部を取り付け費用効果の高い方法を提供しながら、同時に熱経路を提供して放射部から熱を放散させる。 The lamp according to the invention can have fewer components and can be manufactured more easily and cheaply. For example, by having spaced phosphors, the LED chip on the pedestal can be driven with a higher drive current without the risk of heat from the LED chip degrading the phosphor. Thus, fewer LED chips are required to achieve the desired lamp flux. The pedestal also attaches multiple radiating sections to provide a cost effective method while simultaneously providing a heat path to dissipate heat from the radiating sections.
本発明は、本明細書では特定の実施例を参照して説明するが、本発明は多くの異なる形態で実施することができ、本明細書に述べる実施例に限定されると解釈されるべきではないことが理解される。具体的には、本発明について、異なる構成のLED、LEDチップ、又はLED構成要素(「LEDチップ」)を有する特定のランプ又は照明構成要素に関して以下に説明するが、本発明は、多くの異なる構成を有する多くの他のランプを使用できることが理解される。構成要素は、図示のものとは異なる形状及び寸法を有することができ、異なる数のLED又はLEDチップを含むことができる。 Although the invention is described herein with reference to specific embodiments, the invention can be embodied in many different forms and should be construed as limited to the embodiments set forth herein. It is understood that it is not. Specifically, although the present invention is described below with respect to particular lamps or lighting components having different configurations of LEDs, LED chips, or LED components (“LED chips”), the present invention is many different. It is understood that many other lamps having a configuration can be used. The components can have different shapes and dimensions than those shown, and can include a different number of LEDs or LED chips.
また、層、領域、又は基板などの要素が別の要素の「上」に位置するというとき、この要素は、他の要素上に直接位置することができ、又は介在要素が存在することもあることが理解される。さらに、本明細書では、「内側」、「外側」、「上部」、「上(above)」、「下部」、「下(beneath)」、及び「下(below)」などの相対的な用語、並びに類似の用語を使用して、1つの層又は別の領域の関係について説明することができる。これらの用語は、図に示す向きに加えて、デバイスの異なる向きを包含するものであることが理解される。 Also, when an element such as a layer, region, or substrate is located "on" another element, this element can be located directly on the other element, or there can be intervening elements It is understood. Furthermore, relative terms such as “inner”, “outer”, “upper”, “above”, “lower”, “beneath”, and “below” are used herein. , As well as similar terms, can be used to describe the relationship of one layer or another region. It is understood that these terms encompass different orientations of the device in addition to the orientation shown in the figures.
本明細書では、第1、第2などの用語を使用して様々な要素、構成要素、領域、層、及び/又は区間について説明することがあるが、これらの要素、構成要素、領域、層、及び/又は区間は、これらの用語によって限定されるべきではない。これらの用語は、ある要素、構成要素、領域、層、又は区間を別の領域、層、又は区間から区別するためだけに使用される。したがって、本発明の教示から逸脱することなく、以下に論じる第1の要素、構成要素、領域、層、又は区間を、第2の要素、構成要素、領域、層、又は区間と呼ぶこともできる。 In this specification, the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, components, regions, layers, and / or sections, but these elements, components, regions, layers And / or section should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element, component, region, layer or section from another region, layer or section. Accordingly, a first element, component, region, layer, or section discussed below may be referred to as a second element, component, region, layer, or section without departing from the teachings of the present invention. .
本明細書では、本発明の実施例について、本発明の実施例の概略図である横断面図を参照して説明する。したがって、それらの層の実際の厚さは異なる可能性があり、たとえば製造技法及び/又は公差の結果、図の形状からの変動が予期される。本発明の実施例は、本明細書に示す領域の特定の形状に限定されると解釈されるべきではなく、たとえば製造に起因する形状の逸脱を含むものとする。正方形又は長方形として図示又は説明する領域は通常、正常な製造公差のため、丸い又は曲線の特徴を有する。したがって、図に示す領域は実際には概略的であり、それらの形状は、デバイスの領域の正確な形状を図示しようとするものではなく、また本発明の範囲を限定しようとするものでもない。 In the present specification, embodiments of the present invention will be described with reference to cross-sectional views that are schematic views of embodiments of the present invention. Thus, the actual thickness of the layers can be different and variations from the shape of the figure are expected, for example, as a result of manufacturing techniques and / or tolerances. Embodiments of the present invention should not be construed as limited to the particular shapes of regions illustrated herein but are to include deviations in shapes that result, for example, from manufacturing. Regions shown or described as square or rectangular typically have round or curved features due to normal manufacturing tolerances. Thus, the regions shown in the figures are schematic in nature, and their shapes are not intended to illustrate the exact shape of the region of the device, nor are they intended to limit the scope of the invention.
図3は、LEDランプ又は電球(「LEDランプ」)内にLEDチップ52を保持するように構成された、本発明によるLEDペデスタル50の一実施例を示し、ペデスタル50及びそのLEDは、LEDランプのための光源として働く。ペデスタル50は概ね細長く、異なる角度で複数のLEDチップを保持できる複数の表面を有することができる。図示の実施例では、ペデスタル50は上面54を有し、上面54にはLEDチップ52が取り付けられる。ペデスタル50が垂直に取り付けられているとき、上面はほぼ水平である。ペデスタルはまた、複数のペデスタル・放射部表面56を含み、その少なくとも一部もまた、LEDチップ52を保持するように構成される。ペデスタル50は多くの形状を有することができ、また異なる数及び寸法の放射部表面56を、上面54に対して異なる角度で構成できることが理解される。図示の実施例では、6つの放射部表面が存在し、放射部表面はそれぞれ、ペデスタルの上部部分上に位置し、またそれぞれ、実質上同じ寸法であり、同じ角度を有する。図示の実施例では、これらの側面は、上面54に対して90°より大きい角度であり、したがって、上面54から下へいくと、ペデスタル50の厚さは低減する。いくつかの実施例では、側面の角度は、上面に対して約95°以上とすることができ、他の実施例では、側面の角度は、上面に対して約100°以上とすることができる。さらに他の実施例では、側面の角度は、上面に対して約105°以上とすることができる。一実施例では、側面の角度は、上面に対して約105°である。
FIG. 3 illustrates one embodiment of an
放射部側面56の少なくともいくつかの上にLEDチップ52を含むことができ、図示の実施例では、側面56の3つの上にLEDチップ52が含まれる。それだけに限定されるものではないが、ノースカロライナ州ダラムに位置するCree,Inc.から市販のものを含めて、多くの異なる市販のLEDチップ又はLEDパッケージを使用することができる。これらのLEDチップは、後述する周知の方法及び材料を使用して定位置に取り付けられる。この実施例では、LEDチップ52を有する側面56間に、覆われていない側面56aが含まれているが、他の実施例では、覆われていない側面56aのいくつか又はすべてにLEDチップ52を取り付けることができ、したがってLEDチップのいくつか又はすべての間に覆われていない側面が存在しないことが理解される。上面及び側面上に含まれるLEDチップの数は、LEDチップ52の光束、並びにペデスタル50を利用するLEDランプにとって望ましい光束及び発光パターンに依存する。異なる実施例では、上面54及び側面56はそれぞれ、LEDチップを1つももたない可能性があり、又は2つ以上のLEDチップを有することもできる。上面54及び側面56上に放射部を有することによって、光はペデスタルから上へ、またわずかに下向きの角度で側方へ放出される。この照明方向の組合せは、後述するように光が分散されるときに全方向性のランプ放射を提供することに適合している。
LED chips 52 can be included on at least some of the radiating side surfaces 56, and in the illustrated embodiment,
ペデスタル50はまた、側面56及び56aの下に基礎側面58を含み、図示の実施例では、放射部側面56及び56aと同じ数の基礎側面58が存在し、基礎側面58は、放射部側面56の延長線を構成する。他の実施例では、異なる数の基礎側面58が存在することができ、又はペデスタルは、この領域内に円筒形などの異なる形状をとることができることが理解される。図示の実施例では、基礎表面は、上面54に対して90°より小さい角度を有し、したがってこの領域では、ペデスタルの幅は下へいくと増大する。基礎側面58は、上面54に対して多くの異なる角度とすることができ、適した角度は約70°以上であることが理解される。いくつかの実施例では、この角度は、90°より大きくすることができる。いくつかの実施例では、基礎側面はまた、所望のLEDランプの光束及び放出パターンに応じて、LEDチップを有することができる。図示の実施例では、これらの側面はLEDチップをもたない。
ペデスタル50はまた、LEDチップ52に電気信号を印加するのに必要な導電体(図示せず)を含むことができる。これは、導電トレース、ワイア・ボンド、又は絶縁体で被覆されたワイアを含むことができる。LEDチップは、異なる直列及び並列の構成で相互接続することができ、いくつかの実施例では、LEDチップは、単一の電気信号ですべてのLEDチップ52が光を放出できるように相互接続される。
The
ペデスタル50は、熱伝導性材料を少なくとも部分的に含むことができ、銅、アルミニウム、又は金属合金を含む異なる金属など、多くの異なる材料を使用することができる。ペデスタル50の異なる実施例は、LEDチップから離れるように熱を適切に伝導するのに必要な特徴を有するように構成されるべきである。いくつかの実施例では、ペデスタル50は、熱経路を提供する内部の固体区間を有することができ、ペデスタルは、50%より大きい部分が固体である。さらに他の実施例では、ペデスタル50は、70%より大きい部分を固体にすることができ、他の実施例では、約100%を固体にすることができる。ペデスタルが実質上中空である実施例では、LEDチップの熱を伝導するために、ヒート・パイプなどの熱放散デバイスを含むことができる。ペデスタルは、ダイ・カスト又は金属打ち抜き加工など、後述する多くの異なる周知の方法を使用して製造することができる。
The
ペデスタル50の表面は、特にLEDチップ52によって覆われていない領域内に、反射層/表面を含むべきである。離間した蛍光体を利用する後述のLEDランプの実施例では、蛍光体放出の等方性のため、蛍光体放出の約50%がペデスタルの方へ後方に進む。拡散ドームを使用する他の実施例では、ドームを通過する光の一部は、ペデスタル50の方へ後方散乱する可能性がある。表面が良好な反射率を有するペデスタル50は、後方へ放出/散乱された光子の少なくとも一部を反射してランプの放出効率を改善することができ、したがってLEDランプの有用な放出に寄与する。LEDチップ及び構成要素基板は通常、抽出損失及び/又は低い表面反射率のため、より低い有効反射率を有する。LEDチップによって覆われていない反射表面を含むことで、LEDランプの放出効率を増大させる。反射層/表面は、それだけに限定されるものではないが、白色の塗料、反射性の粒子、反射性の金属、又は分布ブラッグ反射器(DBR)などの反射性の多層半導体構造を含めて、多くの異なる材料及び構造を含むことができることが理解される。いくつかの実施例では、これらの表面は、ランプ光に対して約75%以上の反射率を有する材料で被覆することができ、他の実施例では、この材料は、ランプ光に対して約85%以上の反射率を有することができる。さらに他の実施例では、材料は、ランプ光に対して約95%以上の反射率を有することができる。
The surface of the
ペデスタル50は、多くの異なる特徴を有することができる本発明による多くの異なるLEDランプ内に取り付けることができる。図4は、上述したペデスタル50に類似のペデスタル72を備えるLEDランプ70を示す。ペデスタル72はヒート・シンク構造74に、両者の間には良好な熱接触状態で、取り付けられる。ペデスタル72の表面にはLEDチップ76が取り付けられ、上述したような導体を使用して相互接続される。
The
ヒート・シンク構造74は、熱伝導性材料を少なくとも部分的に含むことができ、銅、アルミニウム、又は金属合金を含む異なる金属など、多くの異なる熱伝導性材料を使用することができる。ヒート・シンク構造74はまた、ヒート・シンクの表面積を増大させて周囲へのより効率的な放散を容易にするヒート・フィン78などの他の熱放散特徴を含むことができる。ヒート・シンク構造74の表面上には、ペデスタル50の反射層/表面に関して上述したように光を反射するために、ヒート・シンクの反射層又は材料を含むこともできる。一実施例では、ペデスタル72の周りのヒート・シンク構造74の上面82は反射層を含むことができ、この反射層は、上述した材料から作ることができ、また周知の方法を使用してヒート・シンク構造74上に形成することができる。
The
ペデスタル72は、熱伝導性の接合材料又は熱グリスなどの異なる周知の方法又は材料を使用して、ヒート・シンク構造74に取り付けることができる。従来の熱伝導性のグリスは、酸化ベリリウム及び窒化アルミニウムなどのセラミック材料、又はコロイド銀などの金属粒子を含有することができる。他の実施例では、ペデスタル72は、クランプ機構、ねじ、又は熱接着剤などの熱伝導性デバイスによって、ヒート・シンク構造に取り付けることができる。これらのデバイス及び材料は、熱伝導性を最大にするために、ペデスタル72をヒート・シンク構造74に堅く保持することができる。一実施例では、厚さ約100μm及び熱伝導率k=0.2W/m−kを有する熱グリス層が使用される。この構成は、ペデスタル72からヒート・シンク構造へ熱を伝導するのに効率的な熱伝導経路を提供する。
The
ヒート・シンク構造74はまた、異なる電気レセプタクルなどの電源へ接続するための特徴を含むことができる。いくつかの実施例では、ヒート・シンク構造は、従来の電気レセプタクルに適合するタイプの特徴を含むことができる。たとえば、ヒート・シンク構造は、標準的なねじ込みソケットに取り付けるための特徴を含むことができ、ねじ込みソケット内へねじ込むことができるねじ山部分を含むことができる。他の実施例では、ヒート・シンク構造は標準的なプラグを含むことができ、電気レセプタクルは、標準的な差し込み口とすることができ、又はGU24型のベース・ユニットを含むことができる。他の実施例では、ヒート・シンク構造はクリップを含むことができ、電気レセプタクルは、クリップを受け取って保持するレセプタクルとすることができる(たとえば、多くの蛍光灯で使用されている)。これらは、ヒート・シンク構造及びレセプタクルに対する選択肢のいくつかにすぎず、他の構成を使用することもできる。
The
いくつかの実施例では、ヒート・シンク構造74は、電気レセプタクルからペデスタル72へ、次いでそのLEDチップ76へ電気信号を印加するための導電体を含むことができる。レセプタクルからの電気信号をペデスタル72に印加する前にこの信号を調整又は修正するために、電力ユニット(図示せず)を含むこともできる。これは、信号変換(たとえば、アナログからデジタルへの変換、信号の整流、及び/又は信号の増幅若しくは低減)を含むことができる。
In some embodiments, the
図5は、本発明によるLEDランプ90の一実施例を示す。LEDランプ90は、図4に示した上述の同じ特徴と同様に構成されたペデスタル92、ヒート・シンク構造94、及びLEDチップ96を備える。この実施例では、LEDランプ90は、ペデスタル92の周りに構成された成形された離間した蛍光体98を備え、したがってLEDチップ96からの少なくとも一部の光はこの離間した蛍光体を通過する。本発明によれば、離間した蛍光体98は、半球形、楕円形、円錐形などの多くの異なる形状をとることができ、多くの異なる寸法とすることができる。いくつかの実施例では、離間した蛍光体は、ペデスタル92全体を覆わないようにすることができる。図示の実施例では、離間した蛍光体98は、ヒート・シンク構造94に取り付けられた球の形状であり、ペデスタル92及びそのLEDチップ96は、球形の蛍光体98内に少なくとも部分的に構成される。ランプ90はまた、ランプ90をねじ込みソケットに取り付けるためのねじ山部分95を含む。
FIG. 5 shows an embodiment of an
成形された蛍光体98内では多くの異なる蛍光体を使用することができ、本発明は、白色光を放出するランプに特に適合される(蛍光体層、又は混合される)。上述したように、本発明によるいくつかの実施例では、LEDチップ96は、青色波長スペクトル内の光を放出することができ、成形された蛍光体98は、青色光の少なくとも一部を吸収して黄色(又は緑色)を再放出することができる。これにより、ランプは、青色光と黄色光とを組み合わせた白色光を放出することができる。いくつかの実施例では、青色LED光は、市販のYAG:Ce蛍光体を使用して、黄色変換材料によって変換することができるが、Y3Al5O12:Ce(YAG)などの(Gd、Y)3(Al、Ga)5O12:Ce系に基づく蛍光体から作られた変換粒子を使用すると、全範囲の広い黄色スペクトル放出が可能である。それだけに限定されるものではないが、
Tb3−xRExO12:Ce(TAG)、RE=Y、Gd、La、Lu、又は
Sr2−x−yBaxCaySiO4:Eu
を含めて、青色を放出するLEDベースの放射部とともに使用されるとき、他の黄色蛍光体を使用して白色光を生じさせることもできる。
Many different phosphors can be used within the shaped
Tb 3-x RE x O 12 : Ce (TAG), RE = Y, Gd, La, Lu, or Sr 2-x-y Ba x Ca y SiO 4: Eu
Other yellow phosphors can also be used to produce white light when used with LED-based emitters that emit blue light.
成形された蛍光体98は第2の蛍光体材料を含むことができ、第2の蛍光体材料は、成形された離間した蛍光体98内に混合することができ、又は成形された蛍光体上に第2の層として含むことができる。いくつかの実施例では、2つの蛍光体はそれぞれ、LED光を吸収することができ、異なる色の光を再放出することができる。これらの実施例では、2つの蛍光体層からの色を組み合わせて、白色の色相が異なる(温白色)より高いCRIの白色をもたらすことができる。これは上記の黄色蛍光体からの光を含むことができ、この光を赤色蛍光体からの光と組み合わせることができる。異なる赤色蛍光体を使用することができ、それには、
SrxCa1−xS:Eu、Y、Y=ハロゲン化合物、
CaSiAlN3:Eu、又は
Sr2−yCaySiO4:Eu
が含まれる。
The molded
Sr x Ca 1-x S: Eu, Y, Y = halogen compound,
CaSiAlN 3 : Eu, or Sr 2-y Ca y SiO 4 : Eu
Is included.
実質上すべての光を特定の色に変換することによって色放出をもたらすために、他の蛍光体を使用することもできる。たとえば、以下の蛍光体を使用して緑色光を生成することができる。
SrGa2S4:Eu、
Sr2−yBaySiO4:Eu、又は
SrSi2O2N2:Eu。
Other phosphors can also be used to provide color emission by converting substantially all light into a particular color. For example, the following phosphors can be used to generate green light.
SrGa 2 S 4 : Eu,
Sr 2-y Ba y SiO 4 : Eu, or SrSi 2 O 2 N 2: Eu .
以下はいくつかの追加の適した蛍光体を挙げるが、他の蛍光体を使用することもできる。それぞれ、青色及び/又はUV放出スペクトル内の励起を呈し、所望のピーク放出を提供し、効率的な光変換を有し、許容できるストークス・シフトを有する。
黄色/緑色
(Sr、Ca、Ba)(Al、Ga)2S4:Eu2+
Ba2(Mg、Zn)Si2O7:Eu2+
Gd0.46Sr0.31Al1.23OxF1.38:Eu2+ 0.06
(Ba1−x−ySrxCay)SiO4:Eu
Ba2SiO4:Eu2+
赤色
Lu2O3:Eu3+
(Sr2−xLax)(Ce1−xEux)O4
Sr2Ce1−xEuxO4
Sr2−xEuxCeO4
SrTiO3:Pr3+、Ga3+
CaAlSiN3:Eu2+
Sr2Si5N8:Eu2+
The following lists some additional suitable phosphors, although other phosphors can be used. Each exhibits excitation in the blue and / or UV emission spectrum, provides the desired peak emission, has efficient light conversion, and has an acceptable Stokes shift.
Yellow / green (Sr, Ca, Ba) (Al, Ga) 2 S 4 : Eu 2+
Ba 2 (Mg, Zn) Si 2 O 7 : Eu 2+
Gd 0.46 Sr 0.31 Al 1.23 O x F 1.38 : Eu 2+ 0.06
(Ba 1-xy Sr x Ca y ) SiO 4 : Eu
Ba 2 SiO 4 : Eu 2+
Red Lu 2 O 3 : Eu 3+
(Sr 2-x La x) (Ce 1-x Eu x) O 4
Sr 2 Ce 1-x Eu x O 4
Sr 2-x Eu x CeO 4
SrTiO 3 : Pr 3+ , Ga 3+
CaAlSiN 3 : Eu 2+
Sr 2 Si 5 N 8 : Eu 2+
異なる寸法の蛍光体粒子を使用することができ、それだけに限定されるものではないが、10ナノメートル(nm)から30マイクロメートル(μm)の範囲内、又はそれより大きい粒子が含まれる。より小さい粒子寸法は通常、より大きい寸法の粒子より色をうまく散乱及び混合させて、より均一な光を提供する。より大きい粒子は通常、より小さい粒子と比較すると、光を変換するのにより効率的であるが、あまり均一でない光を放出する。 Different sized phosphor particles can be used, including but not limited to particles in the range of 10 nanometers (nm) to 30 micrometers (μm) or larger. Smaller particle sizes typically scatter and mix colors better than larger sized particles to provide more uniform light. Larger particles usually emit light that is more efficient in converting light but less uniform when compared to smaller particles.
いくつかの実施例では、球形の透過性材料を提供することができ、内側層若しくは外側層、又は両方の上に蛍光体を堆積させることができる。この層を形成するために、接着剤中に蛍光体を提供することができ、蛍光体はまた、接着剤内に異なる濃度又は量の蛍光体材料を有することができる。典型的な濃度は、30〜70重量%の範囲内である。一実施例では、蛍光体の濃度は約65重量%であり、好ましくは、離間した蛍光体全体にわたって均一に分散される。成形された蛍光体98はまた、異なる変換材料及び異なる濃度の変換材料をもつ異なる領域を有することができる。
In some embodiments, a spherical transmissive material can be provided and the phosphor can be deposited on the inner layer or the outer layer, or both. To form this layer, a phosphor can be provided in the adhesive, and the phosphor can also have different concentrations or amounts of phosphor material in the adhesive. Typical concentrations are in the range of 30-70% by weight. In one embodiment, the phosphor concentration is about 65% by weight and is preferably uniformly distributed throughout the spaced phosphors. The shaped
接着剤には異なる材料を使用することができ、これらの材料は、硬化後に頑丈であり、且つ可視波長スペクトル内で実質上透過性であることが好ましい。適した材料には、シリコーン、エポキシ、ガラス、無機ガラス、誘電体、BCB、ポリイミド、ポリマー、及びこれらの混成物が含まれ、好ましい材料は、高出力のLEDにおけるその高い透過性及び信頼性のため、シリコーンである。適したフェニル及びメチル・ベースのシリコーンは、Dow(登録商標)Chemicalから市販されている。接着剤は、使用される接着剤のタイプなどの異なる要因に応じて、多くの異なる硬化方法を使用して硬化させることができる。異なる硬化方法には、それだけに限定されるものではないが、熱、紫外(UV)、赤外(IR)、又は空気硬化が含まれる。 Different materials can be used for the adhesive, and these materials are preferably robust after curing and substantially transparent in the visible wavelength spectrum. Suitable materials include silicones, epoxies, glasses, inorganic glasses, dielectrics, BCB, polyimides, polymers, and hybrids thereof, with preferred materials being their high transmission and reliability in high power LEDs. Therefore, it is silicone. Suitable phenyl and methyl-based silicones are commercially available from Dow® Chemical. The adhesive can be cured using many different curing methods depending on different factors such as the type of adhesive used. Different curing methods include, but are not limited to, thermal, ultraviolet (UV), infrared (IR), or air curing.
蛍光体層は、それだけに限定されるものではないが、スピンコーティング、スパッタリング、印刷、粉末被覆を含めて、異なる処理を使用して添加することができる。上記のように、蛍光体層は、接着剤材料とともに添加することができるが、接着剤は必須ではないことが理解される。さらに他の実施例では、蛍光体層は、別個に製造し、次いで透過性の球に取り付けることもできる。 The phosphor layer can be added using different processes, including but not limited to spin coating, sputtering, printing, powder coating. As noted above, the phosphor layer can be added with the adhesive material, but it is understood that the adhesive is not essential. In still other embodiments, the phosphor layer can be manufactured separately and then attached to a transmissive sphere.
成形された離間した蛍光体98はまた、蛍光体変換の熱を低減させるために、改善された熱管理特徴を含むことができる。蛍光体は、動作中、単に光変換処理から熱を生成する可能性がある。離間した蛍光体構成内では、離間した蛍光体が蛍光体変換熱を放散するには不十分な熱伝導性の経路を有する場合、この熱は許容できないレベルまで蓄積する可能性がある。効果的な熱放散経路がなければ、熱的に分離された離間した蛍光体では動作温度が高くなることがあり、これは蛍光体の劣化、変換の非効率、及び色の変化を招く可能性がある。
Shaped spaced
いくつかの実施例では、成形された離間した蛍光体98は、熱伝導性材料である透過性材料を含むことができ、所望の離間した蛍光体形状の形態である。図示の実施例では、離間した蛍光体は球形であるが、前述のように、多くの他の形状とすることもできる。蛍光体は、球形の透過性材料上に層として含むことができ、又は球の材料と混合することができる。LEDランプ90の動作中、蛍光体変換熱は蛍光体材料内に集中される。キャリア球の熱伝導性は、図示の実施例ではヒート・シンク構造94に接触している球の縁部の方へ横方向にこの熱を拡散させるのに役立つ。この球は、熱グリス層などの伝導材料によってヒート・シンク構造に取り付けられることが好ましく、熱は球からヒート・シンク構造内へ流れ、ヒート・シンク構造において周囲へ効率的に放散することができる。
In some embodiments, the molded spaced
成形された透過性材料は、ガラス、石英、炭化ケイ素(SiC)、サファイアなどの異なる材料を含むことができる。成形された透過性材料は異なる厚さを有することもでき、適した厚さ範囲は0.1mmから10mmであり、又はそれより大きい。キャリア層向けの材料の特性に応じて、他の厚さも使用できることが理解される。材料は、特定の動作条件に対して十分な横方向の熱拡散を提供するのに十分なほど厚くするべきである。通常、材料の熱伝導性が高ければ高いほど、必要な熱放散を提供するために材料は薄くなる可能性がある。これらの材料は、熱を横方向に効率的に拡散させる可能性があり、その結果、熱伝導性がより低い材料によって必要とされる大きな面積を必要としない。それだけに限定されるものではないが、コスト及び光源光への透過性を含む異なる要因が、どの材料が使用されるかに影響を与える可能性がある。 The shaped transmissive material can include different materials such as glass, quartz, silicon carbide (SiC), sapphire. The molded permeable material can also have different thicknesses, and a suitable thickness range is 0.1 mm to 10 mm or greater. It will be appreciated that other thicknesses may be used depending on the properties of the material for the carrier layer. The material should be thick enough to provide sufficient lateral heat diffusion for specific operating conditions. In general, the higher the thermal conductivity of the material, the thinner the material can be to provide the necessary heat dissipation. These materials can efficiently spread heat laterally, so that the large area required by materials with lower thermal conductivity is not required. Different factors, including but not limited to cost and transparency to source light, can affect which material is used.
上記で論じたペデスタル92及び成形された蛍光体98の構成の変換効率以外に、この構成はまた、変換の均一性を提供することができる。図6を次に参照すると、LEDランプ90に類似のLEDランプ100が示されており、類似の特徴には同じ参照番号を使用した。LEDチップ96は、ペデスタル92の上部に集められており、成形された蛍光体98内に、好ましくは成形された蛍光体の中心又は中心付近に位置する。この構成により、LEDチップ96は、成形された蛍光体98内で点源に近似することができ、したがって、光線102はほぼ同じ角度で成形された蛍光体98に当たり、離間した蛍光体(たとえば、被覆された球)内で同じ光路長さを通って進む。成形された蛍光体が全体にわたってほぼ同じ厚さを有するものとすると、光線は、類似の量の蛍光体材料及び類似のレベルの光変換を受ける。これにより、離間した蛍光体が空間的な一貫性をもつ蛍光体被覆を有する場合、放出された光に対する色の均一性を維持することができる。
In addition to the conversion efficiency of the
離間した蛍光体及びペデスタルは、本発明による多くの異なる方法で構成できることが理解される。いくつかの実施例では、離間した蛍光体は、散乱粒子を成形された離間した蛍光体上の層内に含むことができ、蛍光体材料と混合して含むことができ、又は透過性の熱伝導性材料と混合して含むことができる。散乱粒子は、それだけに限定されるものではないが、
シリカ・ゲル、
酸化亜鉛(ZnO)、
酸化イットリウム(Y2O3)、
二酸化チタン(TiO2)、
硫酸バリウム(BaSO4)、
アルミナ(Al2O3)、
融解石英(SiO2)、
ヒュームド・シリカ(SiO2)、
窒化アルミニウム、
ガラス・ビーズ、
二酸化ジルコニウム(ZrO2)、
炭化ケイ素(SiC)、
酸化タンタル(TaO5)、
窒化ケイ素(Si3N4)、
酸化ニオブ(Nb2O5)、
窒化ホウ素(BN)、又は
蛍光体粒子(たとえば、YAG:Ce、BOSE)
を含む多くの異なる材料を含むことができる。材料の様々な組合せ又は同じ材料の異なる形態の組合せにおいて、2つ以上の散乱材料を使用して、特定の散乱効果を実現することができる。成形された離間した蛍光体又は拡散器ドームはまた、光抽出を促進するために、表面の粗化又は成形を含むことができる。
It will be appreciated that spaced phosphors and pedestals can be constructed in many different ways according to the present invention. In some embodiments, the spaced phosphor can include scattering particles in a layer on the shaped spaced phosphor, can be mixed with the phosphor material, or can be transparent heat. It can be mixed with a conductive material. Scattered particles are not limited to that,
silica gel,
Zinc oxide (ZnO),
Yttrium oxide (Y 2 O 3 ),
Titanium dioxide (TiO 2 ),
Barium sulfate (BaSO 4 ),
Alumina (Al 2 O 3 ),
Fused quartz (SiO 2 ),
Fumed silica (SiO 2 ),
Aluminum nitride,
Glass beads,
Zirconium dioxide (ZrO 2 ),
Silicon carbide (SiC),
Tantalum oxide (TaO 5 ),
Silicon nitride (Si 3 N 4 ),
Niobium oxide (Nb 2 O 5 ),
Boron nitride (BN) or phosphor particles (for example, YAG: Ce, BOSE)
Many different materials can be included. In various combinations of materials or combinations of different forms of the same material, more than one scattering material can be used to achieve a particular scattering effect. Shaped spaced phosphors or diffuser domes can also include surface roughening or shaping to facilitate light extraction.
図7は、本発明によるLEDランプ120の実施例を示す。LEDランプ120は、図5に示すLEDランプ90に類似しており、ペデスタルの上面及び側面にLEDチップ124が取り付けられたペデスタル122を備える。ペデスタル122はヒート・シンク構造126に取り付けられ、成形された離間した蛍光体128もまた、ペデスタル122を覆ってヒート・シンク構造126に取り付けられる。ランプ120はまた、成形された拡散器ドーム130を備え、拡散器ドーム130もまたヒート・シンク構造126に取り付けられるが、多くの異なる方法でランプ120内に取り付けることができることが理解される。拡散ドーム130は、上記のような拡散又は散乱粒子を含むことができる。散乱粒子は、概ねドーム形状に形成された硬化性の接着剤内に提供することができる。いくつかの実施例では、白色散乱粒子を使用することができ、ドームは白色を有し、それによって、成形された離間した蛍光体内の蛍光体の色を隠してLEDランプに概ね白色の外観を与える。拡散器ドームは、LEDランプが全方向性の光などの所望のパターンの光を放出するように、離間した蛍光体からの光を拡散又は散乱させるように構成される。ランプ120はまた、ランプ120をねじ込みソケットに取り付けるためのねじ山部分132を含む。
FIG. 7 shows an embodiment of an
拡散器ドームは、多くの異なる形状を有することができ、本発明によるランプ内に多くの異なる方法で構成することができる。いくつかの実施例では、拡散器ドーム及び蛍光体材料は、単一の構成要素を含むことができる。いくつかの実施例では、蛍光体は、拡散器上に層を含むことができ、蛍光体又は拡散器材料を混合することができる。ランプが青色を放出するLEDチップを有する場合、蛍光体材料及び中性散乱粒子を有する拡散ドームを使用することができ、したがってランプは、蛍光体からの光とLEDチップからの光とを組み合わせた白色光を放出する。 The diffuser dome can have many different shapes and can be configured in many different ways within the lamp according to the invention. In some embodiments, the diffuser dome and the phosphor material can include a single component. In some examples, the phosphor can include a layer on the diffuser, and the phosphor or diffuser material can be mixed. If the lamp has an LED chip that emits a blue color, a diffuser dome with phosphor material and neutral scattering particles can be used, so the lamp combines light from the phosphor and light from the LED chip. Emits white light.
上記のように、本発明によるLEDランプは、全方向性の放出パターンを提供するように構成することができ、異なる放出角度での放出の変動は制限される。図8は、本発明によるLEDランプの一実施例に対する角空間における遠視野の相対的な光度分布を示す極線図140である。極線図140では、θは、図3に示すz軸からの傾斜角であり、φは、x軸からの方位角である。円の周囲の数字142は傾斜角θを指し、0°はペデスタル上面の真上にある。0°から180°までの分布は、360°から180°までの分布に対して対称である。極線図内で、方位角φを複数のスライスとして表し、これらのスライスは連続する帯域を形成する。特定の角度θにおける帯域の幅は、この角度θにおいて360°の方位角全体にどれだけの強度変動が存在しているかを反映する。方位角の平均線144は、各角度θにおける方位角平均強度を表す。本発明によるペデスタル、離間した蛍光体、及び拡散球を使用することで、φの変動を実質上除去することができる。図示の実施例では、0°から150°までのθの場合、φを平均した(相対的な)強度は、0.920から0.696の範囲内で変動する。これは、0.808の平均値前後で±13.8%の強度変動に対応する。本発明による他の実施例は、この13.8%より上と下の両方で異なる強度変動を提供できることが理解される。
As described above, the LED lamp according to the present invention can be configured to provide an omnidirectional emission pattern, and emission variation at different emission angles is limited. FIG. 8 is a polar diagram 140 showing the relative luminous intensity distribution in the far field in angular space for an embodiment of an LED lamp according to the present invention. In the polar diagram 140, θ is an inclination angle from the z axis shown in FIG. 3, and φ is an azimuth angle from the x axis. The
いくつかのランプ実施例では、より大きい成形された離間した蛍光体は、高反射率の表面積とLEDチップ/構成要素の表面積とのより高い比、すなわちより高い空胴反射率及び効率を提供することができる。より大きい離間した蛍光体はまた、変換密度及び関連する熱を低減させることができる。すなわち、より大きい面積を有するより大きい離間した蛍光体は、単位蛍光体面積当たりの入ってくる光子束密度を下げる傾向がある。また、より大きい離間した蛍光体により、蛍光体で生成される熱の熱管理をより容易にすることができ、したがって蛍光体の動作温度を周囲温度付近で維持して、蛍光体の効率及び寿命を向上させることができる。しかし、これらのより大きい蛍光体の結果、より大きい離間した蛍光体及びランプ用の容器に対する材料コストがより高くなる可能性がある。 In some lamp embodiments, a larger shaped and spaced phosphor provides a higher ratio of high reflectivity surface area to LED chip / component surface area, ie higher cavity reflectivity and efficiency. be able to. Larger spaced phosphors can also reduce conversion density and associated heat. That is, larger spaced phosphors with larger areas tend to reduce the incoming photon flux density per unit phosphor area. Also, the larger spaced phosphors can make the thermal management of the heat generated by the phosphors easier, thus maintaining the phosphor operating temperature near ambient temperature and the efficiency and lifetime of the phosphor. Can be improved. However, these larger phosphors can result in higher material costs for larger spaced phosphors and lamp containers.
本発明による異なる実施例では、多くの異なるペデスタルを使用できることが理解される。図9は、本発明によるLEDランプ160の別の実施例を示し、LEDランプ160は、ヒート・シンク164に取り付けられたペデスタル162を備える。この実施例では、ペデスタルは概ね3角形であり、上面166及び3つの側面168を有する。表面166、168のそれぞれにはLEDチップ170が取り付けられ、LEDチップ間の電気的接続(図示せず)により、LEDチップは電気信号に応答して光を放出する。LEDランプ160はまた、上述した成形された離間した蛍光体又は拡散器ドームを備えることができる。
It will be appreciated that many different pedestals can be used in different embodiments according to the invention. FIG. 9 illustrates another embodiment of an
図10及び図11は、本発明によるペデスタル180の別の実施例を示し、ペデスタル180は、上面182、3つの放射部側面184、及び3つの開放側面186を有する。上面182上に1つのLEDチップ188が取り付けられ、それぞれの放射部側面184上に1つのLEDチップが取り付けられ、ペデスタルは合計4つのLEDチップを有する。上記の実施例と同様に、LEDチップ188は電気的接続を備え、したがってLEDチップ188は電気信号に応答して光を放出する。ペデスタル180内では、放射部側面184は、上面182に対して90°より大きい角度を有し、一実施例では上面に対して約105°の角度を有する。放射部表面184は、上面182に対して多くの異なる角度とすることができることが理解される。この実施例では、開放側面186は、上面に対して、上面182に対して90°より小さい角度を有する。
10 and 11 illustrate another embodiment of a
図12は、本発明によるLEDランプ190の別の実施例であり、図10及び図11に示すペデスタル180を利用する。ペデスタル180は、ヒート・シンク構造192に取り付けられ、成形された離間した蛍光体194は、上述した成形された離間した蛍光体と同じ材料から作られる。成形された離間した蛍光体もまた、ヒート・シンク構造192に取り付けられ、ペデスタル180は離間した蛍光体194内に構成される。この実施例はまた、光を全方向性のパターンにさらに散乱又は拡散させるために、拡散器ドームを含むことができる。
FIG. 12 shows another embodiment of the
図13は、本発明によるペデスタル210さらに別の実施例を示し、ペデスタル210は、上面212及び4つの放射部側面214を有する。これらの表面のそれぞれの上にはLEDチップ216が含まれており、上述したように、電気信号に応答して光を放出するように相互接続される。この実施例では、放射部側面214はそれぞれ、上面212に対して90度より小さい角度を有する。この実施例では、側面214は上面212に対して約80°の角度であるが、側面214は、上面212に対して、それだけに限定されるものではないが、とりわけ約90°、100°、105°を含む多くの他の角度とすることができることが理解される。本発明による他のペデスタルは、所望の放出パターンを得るために、異なる角度及び向きで異なる数の表面を有することができる。図示の実施例では、ペデスタル210は、実質上中実な熱伝導性材料を含むが、他の実施例は、中空のペデスタルを含むことができ、又はヒート・パイプなどの熱を放散する他の特徴を有することができることが理解される。ペデスタル210は、上述したヒート・シンク構造、成形された離間した蛍光体、及び拡散器ドームを有するものを含めて、本発明による異なるLEDランプ内で利用することができる。
FIG. 13 shows yet another embodiment of a
図14は、本発明によるLEDランプ230の一実施例を示し、LEDランプ230は、図13に示すものに類似のペデスタル210及びそのLEDチップ216を利用する。ランプ230は、ヒート・シンク構造232と、上述した成形された離間した蛍光体又は拡散器ドームとすることができる容器234とを備える。LEDランプ230は、ねじ込みソケットに取り付けるためのねじ山部分236をさらに含む。この実施例では、ペデスタル210は、ヒート・パイプ238によって容器234内に取り付けられ、ヒート・パイプ238は、ペデスタル210からの熱を伝導してその熱をヒート・シンク構造232へ伝導し、ヒート・シンク構造232において熱はより効率的に周囲へ放散することができる。本発明による実施例では、他の熱伝導要素も使用できることが理解される。
FIG. 14 illustrates one embodiment of an
また、図14に示すヒート・パイプ上には多くの異なるペデスタルを構成できることが理解される。図15は、ペデスタル250の別の実施例を示し、ペデスタル250は上面252及び5つの放射部側面254を有し、これらの表面はそれぞれLEDチップ256を有し、LEDチップ256は、上述したように他のLEDチップに電気的に接続することができる。この実施例では、放射部側面254は、上面252に対して90°より小さい角度を有するが、他の実施例では、放射部側面254のいくつか又はすべては、上面252に対して90°より大きい角度を有することができる。ペデスタルは、ペデスタルからの熱を伝導するヒート・パイプ258に取り付けられ、したがって上述したヒート・シンク構造などを通じて熱を周囲に放散することができる。
It will also be appreciated that many different pedestals can be constructed on the heat pipe shown in FIG. FIG. 15 shows another embodiment of a
本発明によるランプは、上述した実施例以外の多くの異なる方法で構成することができる。いくつかの実施例では、ペデスタルに取り付けられるLEDチップは、温白色放射部などの白色放射部とすることができる。これらの実施例いくつかでは、成形された離間した蛍光体は、LEDチップからの光を変換するのに必要とされないことがある。拡散器ドームは、LEDチップ光を所望の放出パターンで拡散させるために、中性の散乱要素を含むことができる。しかし、放射部光をさらに修正するためにペデスタル上に白色放射部を有する実施例で、成形された離間した蛍光体を使用することもできることが理解される。さらに他の実施例では、ペデスタルは、白色放射部及び異なる色の放射部を含むことができ、これらのランプの異なる実施例では、離間した蛍光体及び拡散器を使用して、所望のランプ放出を得ることができる。 The lamp according to the invention can be configured in many different ways other than the embodiments described above. In some embodiments, the LED chip attached to the pedestal can be a white emitter, such as a warm white emitter. In some of these embodiments, molded spaced phosphors may not be required to convert light from the LED chip. The diffuser dome can include neutral scattering elements to diffuse the LED chip light in a desired emission pattern. However, it is understood that shaped and spaced phosphors can also be used in embodiments having a white emitter on the pedestal to further modify the emitter light. In yet other embodiments, the pedestal can include a white emitter and a different colored emitter, and in different embodiments of these lamps, spaced phosphors and diffusers are used to achieve the desired lamp emission. Can be obtained.
本発明によるペデスタルは、異なる方法を使用して製造することができる。上記のように、ペデスタルは、シート金属から打ち抜き、次いでペデスタル形状に曲げることができる。この製造方法は費用効果が高いが、その結果得られるペデスタルは中空であり、ヒート・パイプなどの追加のデバイスを使用しないで放射部から熱を伝導するのに必要な能力をもたないことがある。しかし、所望の熱放散を提供するために、追加の熱管理特徴を有する打ち抜き式のペデスタルを提供できることが理解される。 The pedestal according to the invention can be manufactured using different methods. As mentioned above, the pedestal can be stamped from sheet metal and then bent into a pedestal shape. Although this manufacturing method is cost effective, the resulting pedestal is hollow and may not have the necessary capacity to conduct heat from the radiant section without the use of additional devices such as heat pipes. is there. However, it is understood that a stamped pedestal with additional thermal management features can be provided to provide the desired heat dissipation.
別法として、ペデスタルはダイ・カストすることができ、これには初期設備コストが必要であるが、設備に続く大量の製造では、大量のこれらのペデスタルは比較的費用効果が高くなる。ダイ・カスト方法を使用して、ペデスタルにアルミニウム材料を使用することができ、ペデスタルは、LEDチップを取り付けるべき位置に凹部がくるようにダイ・カストすることができる。凹部領域は、LEDチップの実装面積と同じ形状で、それよりわずかにより大きくするべきであり、凹部の深さは、LEDチップが凹部から容易に落ちないように、そのLEDチップを保持するべきである。次いでペデスタルの表面には、リフロー性を可能にするために、薄いNi/Cu又はNi/Ag層で電気メッキを施すことができる。次いで、凹部領域の表面内へドライ・フィルムを貼ることができ、ペデスタル全体は、白色の塗料、反射性の粒子、反射性の金属、DBRなどの反射性の被覆で被覆することができる。次いで、凹部領域からドライ・フィルムを除去して凹部内のCu又はAg表面を露出させることができ、次いで、これらの表面にはんだペーストを塗布することができる。次いで、ピック・アンド・プレース方法などによって、凹部内にLEDチップを配置することができる。いくつかの実施例では、LEDチップは、電気的に絶縁された裏面金属化表面を有することができる。凹部及びはんだペーストの表面張力は、リフロー前にLEDチップを定位置で保持することができる。表面が傾斜している場合、ペデスタルは、重力が凹部内でLEDチップを保持するのを助けるような向きにすることができる。上面に対して90°を上回る表面を有するペデスタルの場合、側面凹部内でLEDチップを保持するために、ペデスタルを上下逆さに保持するべきである。次いで、ペデスタルにリフローを施すことができ、上面上にLEDチップを有するペデスタルには、もう一度リフローを施す必要があることがある。LEDチップを相互接続するために、前面の電気配線を含むことができる。 Alternatively, pedestals can be die-casted, which requires initial equipment costs, but in large quantities following the equipment, large quantities of these pedestals are relatively cost effective. An aluminum material can be used for the pedestal using the die casting method, and the pedestal can be die-cast so that the recess is at the position where the LED chip is to be mounted. The recessed area should be the same shape as the mounting area of the LED chip and slightly larger than that, and the depth of the recessed area should hold the LED chip so that the LED chip does not easily fall out of the recessed area. is there. The surface of the pedestal can then be electroplated with a thin Ni / Cu or Ni / Ag layer to allow reflowability. A dry film can then be applied into the surface of the recessed area and the entire pedestal can be coated with a reflective coating such as white paint, reflective particles, reflective metal, DBR. The dry film can then be removed from the recessed areas to expose the Cu or Ag surfaces in the recessed areas, and then solder paste can be applied to these surfaces. Next, the LED chip can be disposed in the recess by a pick-and-place method or the like. In some examples, the LED chip can have an electrically isolated back metallized surface. The surface tension of the recess and solder paste can hold the LED chip in place before reflow. If the surface is tilted, the pedestal can be oriented so that gravity helps hold the LED chip in the recess. In the case of a pedestal having a surface greater than 90 ° with respect to the top surface, the pedestal should be held upside down to hold the LED chip within the side recess. The pedestal can then be reflowed and the pedestal with the LED chip on the top surface may need to be reflowed again. Front wiring can be included to interconnect the LED chips.
本発明による異なる製造方法は、異なる構成要素を利用するときは、上述したものより多い又はより少ないステップを有することができ、また異なるステップを有することができることが理解される。たとえば、メタル・コア・プリント回路基板上の表面実装LEDの場合、異なる方法を使用してペデスタルに取り付けることができる。メタル・コアPCB内に溝を切ることができ、それによってメタル・コアPCBを曲げることができ、したがってペデスタルの周りに巻き付けることができる。メタル・コアPCBをペデスタルに接合するには、共晶はんだを使用することができる。 It will be appreciated that different manufacturing methods according to the present invention may have more or fewer steps than those described above and may have different steps when utilizing different components. For example, for surface mounted LEDs on a metal core printed circuit board, different methods can be used to attach to the pedestal. Grooves can be cut into the metal core PCB, whereby the metal core PCB can be bent and therefore wrapped around the pedestal. Eutectic solder can be used to join the metal core PCB to the pedestal.
本発明について、本発明の特定の好ましい構成を参照して詳細に説明したが、他の形態も可能である。したがって、本発明の精神及び範囲は、上述した形態に限定されるべきではない。 Although the present invention has been described in detail with reference to certain preferred configurations of the invention, other forms are possible. Accordingly, the spirit and scope of the present invention should not be limited to the forms described above.
Claims (38)
複数の表面を有する細長いペデスタルと、
複数のLEDであって、前記LEDのそれぞれを前記表面の1つに取り付けることができ、前記ペデスタルが前記LEDから離れるように熱を伝導するための熱伝導性の経路を含む、LEDと、
前記LEDに対して構成された拡散器であって、前記LEDからの光が前記拡散器を通過し、前記LEDの放出パターンを修正して所望の電球放出パターンを生じさせる拡散器とを備える電球。 A light emitting diode (LED) based light bulb,
An elongated pedestal having a plurality of surfaces;
A plurality of LEDs, each of said LEDs being attachable to one of said surfaces, comprising a thermally conductive path for conducting heat away from said LED, said pedestal;
A light bulb comprising a diffuser configured for the LED, wherein the light from the LED passes through the diffuser and modifies the emission pattern of the LED to produce a desired light bulb emission pattern. .
前記ペデスタルが熱結合されたヒート・シンク構造であって、前記固体光源からの熱が前記ペデスタルを通って前記ヒート・シンク構造内へ伝わる、ヒート・シンク構造と、
前記ヒート・シンク構造に熱結合された離間した蛍光体であって、前記離間した蛍光体からの熱が前記ヒート・シンク構造内へ伝わる、離間した蛍光体と
を備える固体ランプ。 A pedestal having a plurality of solid state light sources, wherein the pedestal comprises at least part of a thermally conductive material;
A heat sink structure in which the pedestal is thermally coupled, wherein heat from the solid state light source is transferred through the pedestal into the heat sink structure;
A solid state lamp comprising: a spaced phosphor that is thermally coupled to the heat sink structure, wherein heat from the spaced phosphor is transferred into the heat sink structure.
複数のLEDを有するペデスタルであって、前記ペデスタルが熱伝導性材料を少なくとも部分的に含む、ペデスタルと、
前記ペデスタルが熱結合されたヒート・シンク構造と、
前記LEDに対して配置された離間した蛍光体であって、前記LEDからの少なくとも一部の光が前記離間した蛍光体を通過し、異なる波長の光に変換される、離間した蛍光体とを備え、前記LEDからの光と前記離間した蛍光体からの光とを組み合わせた白色光を放出する電球。 A light emitting diode (LED) based light bulb,
A pedestal having a plurality of LEDs, the pedestal comprising at least part of a thermally conductive material;
A heat sink structure in which the pedestal is thermally coupled;
A spaced phosphor disposed with respect to the LED, wherein at least some of the light from the LED passes through the spaced phosphor and is converted to light of a different wavelength. A light bulb that emits white light that combines light from the LED and light from the spaced phosphors.
複数の固体発光体と、
上面、複数の第1の側面、及び複数の第2の側面を有するペデスタルとを備え、前記第1の側面が前記上面に対して90度より大きい角度であり、前記第2の側面が前記上面に対して90度より小さい角度であり、前記固体発光体が前記第1の側面及び前記第2の側面の少なくともいくつかに取り付けられる、電球又はランプ光源。 A light bulb or lamp light source,
A plurality of solid state light emitters;
A pedestal having a top surface, a plurality of first side surfaces, and a plurality of second side surfaces, wherein the first side surface is at an angle greater than 90 degrees with respect to the top surface, and the second side surface is the top surface A light bulb or lamp light source at an angle of less than 90 degrees with respect to and wherein the solid state light emitter is attached to at least some of the first side and the second side.
Applications Claiming Priority (6)
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